Ett team av forskare från Ryssland och Israel, inklusive forskare från MIPT, har gjort nanotrådar av DNA-molekyler och silvernanopartiklar. Forskningsresultaten publicerades i Avancerade material och finns på omslaget till tidskriften.

När kretsar och enheter blir mindre och effektivare, konventionell elektronik närmar sig en teknisk gräns. För att förbättra och miniatyrisera elektriska och optiska enheter krävs komponenter i nanostorlek. Ett lovande tillvägagångssätt är att välja molekylär elektronik, som är baserade på enmolekylära komponenter. Nanotrådar skulle kunna användas som den grundläggande komponenten i kretsar. Strukturen av DNA och dess förmåga att självmontera gör det till en mycket bekväm molekyl för tillverkning av nanotrådar.

"Om DNA-molekyler uppvisade bestående elektrisk ledningsförmåga, vi skulle snart få se en ny generation av elektroniska kretsar och elektriska apparater. Dock, konduktiviteten hos DNA råkar vara mycket låg under vissa omständigheter, speciellt när molekylen är avsatt på ett hårt substrat. Vi fann att en DNA-molekyl som består av guanin-cytosin-par (GC-DNA) kan interagera med silvernanopartiklar genom att "fånga" metallens atomer. När silveratomer införs i DNA:t, molekylen genomgår metallisering, " säger Dmitrij Klinov, chefen för Laboratory of Medical Nanotechnologies vid Federal Research and Clinical Center of Physico-Chemical Medicine och professor vid Institutionen för molekylär och translationell medicin vid MIPT.

De spännande egenskaperna hos DNA är inte begränsade till förmågan att lagra genetisk information. Det är en av de främsta kandidaterna för nanoledare att användas i molekylär elektronik. Författarna till studien avslöjade ett antal speciella egenskaper hos DNA i sin tidigare forskning. För det första, den uppvisar supraledande egenskaper när den placeras mellan två supraledare (ett fenomen som kallas närhetsinducerad supraledning). För det andra, DNA-molekylerna kan påverka laddningstransport, men deras ledningsförmåga varierar beroende på vilket substrat de avsätts på. Laddningstransport kan underlättas genom att införa metallatomer längs dubbelsträngen, även om det är svårt att uppnå deras jämna fördelning längs hela molekylens längd. Som ett resultat, metallisering sker inte i vissa områden av molekylen, vilket försämrar dess totala elektriska ledningsförmåga. Författarna till studien fann att GC-DNA, som är gjord av en guaninsträng och en komplementär cytosinsträng, kan behandlas med silvernanopartiklar för att ge en enhetligt metalliserad struktur.

Metallisering är en relativt enkel process som innebär att man lägger till GC-DNA till en lösning av silvernanopartiklar belagda med oligonukleotider och inkuberar den i två till tre dagar. Partiklarna interagerar med DNA genom att donera sina atomer (se diagram), och slutligen metalliseras hela molekylen enhetligt. Forskarna hänvisar till den resulterande DNA-baserade molekylen som E-DNA (bokstaven E står för "elektrisk"). E-DNA är styvare och mer motståndskraftigt mot mekanisk deformation än det kanoniska dubbelsträngade DNA (dsDNA). Det smälts inte heller av enzymerna som är specifika för modermolekylen. Som framgår av atomkraftsmikroskopi, E-DNA-molekylen har en ökad höjd (1,1 nm), jämfört med moder-dsDNA (0,7 nm).

"Eftersom metallatomer är jämnt fördelade längs DNA-molekylen, vi förväntar oss att nanotråden är en bra ledare, " förklarar Dmitry Klinov.

Teamet planerar att bedriva ytterligare forskning om egenskaperna hos E-DNA och metalliseringsmekanismer.